3D双栅极GOI测试结构的制作方法

本实用新型涉及半导体测试领域，特别是涉及一种3D(立体式)双栅极GOI(Gate Oxide Integrity，栅氧完整性)测试结构。

背景技术：

随着技术的不断发展，为了满足器件性能的要求，超大规模集成电路(ULSI)的栅氧化层的厚度不断的减薄，由20～30nm降至几个纳米。然而，满足器件性能要求的工作电压却不能不断下降，因此，单位厚度的栅氧化层在工作时承受的电场强度越来越高，使栅氧化层的可靠性成为一个突出的问题和挑战。栅氧抗电性能不好将引起MOS器件电参数的不稳定，如阈值电压的漂移，跨导下降、漏电流增加等，进一步可引起栅氧的击穿，导致器件的失效，使整个集成电路陷入瘫痪状态。因此，栅氧化层的完整性(Gate Oxide Integrity，简称GOI)测试是验证栅氧化层质量的测试过程，对于集成电路性能的提高有着至关重要的作用。

测试结构一般设置于切割道上，但是切割道的面积是有限的，假设整个GOI测试结构的面积是450000um²(长度1000um×宽度45um)，其中，传统的测试单元结构的面积是900um²(长度60um×宽度15um)，但是，必须保证有一定的空间用于金属互连，也就是说，相邻测试单元之间留有间距，经初步估算，减除用于金属互连的面积，可以放入检测的测试单元可能只有250单元。所以，整个GOI测试结构中有效的测试面积变小。

请参阅图1，现有的GOI测试单元多为常见的单栅极结构，也即是说，只有条状栅极结构3’的一端延伸出第一有源区11’的边界，只能作为单个器件来使用，所以器件对缺陷的敏感度较低，且该GOI测试单元的第二有源区12’是未封闭的三边结构。请参阅图2，是由图1中的多个GOI测试单元组成的GOI测试结构图，每个GOI测试单元之间的间距较大，金属互连线2’占据了较大部分面积，对于整个GOI矩阵测试结构来说，有效的测试面积减小。

所以，有必要提供一种GOI测试结构来减少不必要的金属互连线占用面积，提高测试结构的有效面积，同时提高测试结构检测缺陷的精度。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种3D双栅极GOI测试结构，用于解决现有技术中GOI测试结构灵敏度低、金属层占用面积大、有效测试面积低的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供一种3D双栅极GOI测试结构，包括多个阵列分布的且相互电连接的GOI测试单元，每个所述GOI测试单元包括：衬底；第一有源区，位于所述衬底表面；浅沟槽隔离区，位于所述衬底内，且位于所述第一有源区外围；第二有源区，位于所述浅沟槽隔离区外围；条状栅极结构，所述条状栅极结构包括栅氧化层及多晶硅层，所述栅氧化层位于所述第一有源区表面，且两端延伸至所述浅沟槽隔离区，所述多晶硅层覆盖于所述栅氧化层表面；源极区，位于所述条状栅极结构一侧的所述第一有源区内；漏极区，位于所述条状栅极结构另一侧的所述第一有源区内；第一金属层，位于所述第二有源区上方，且通过第一连接通孔与所述第二有源区相连接；第二金属层，位于所述第一金属层及所述条状栅极结构上方，且通过第二连接通孔与所述条状栅极结构及所述第一金属层相连接；第三金属层，位于所述第二金属层、所述源极区及所述漏极区上方，且通过第三连接通孔与所述第二金属层、所述源极区及所述漏极区相连接。

于本实用新型的一实施方式中，所述条状栅极结构的两端与所述第二有源区相隔一定间距。

于本实用新型的一实施方式中，所述第一金属层包括第一部分、第二部分和第三部分，且所述第一金属层的第一部分、所述第一金属层的第二部分及所述第一金属层的第三部分互不相连；所述第一金属层的第一部分与所述第二有源区上下对应设置且通过所述第一连接通孔相连接；所述第一金属层的第二部分位于所述条状栅极结构两端的上方，且通过所述第一连接通孔与所述条状栅极结构连接；所述第一金属层的第三部分位于所述源极区及所述漏极区的上方，且通过所述第一连接通孔与所述源极区及所述漏极区相连接。

于本实用新型的一实施方式中，所述第二金属层包括第一部分、第二部分及第三部分；所述第二金属层的第一部分与所述第一金属层第一部分上下对应设置；所述第二金属层的第二部分位于所述第一金属层的第二部分的上方，所述第二金属层的第二部分与所述第二金属层的第一部分相连接，且所述第二金属层的第二部分通过所述第二连接通孔与所述第一金属层的第二部分相连接；所述第二金属层的第三部分与所述第一金属层的第三部分上下对应设置，并通过所述第二连接通孔相连接，且所述第二金属层的第三部分不与所述第二金属层的第一部分及所述第二金属层的第二部分相连接。

于本实用新型的一实施方式中，所述第三金属层包括第一部分、第二部分及第三部分；所述第三金属层的第一部分位于所述第二金属层的第一部分上方；所述第三金属层的第二部分位于所述第二金属层的第三部分上方，并通过所述第三连接通孔与所述第二金属层的第三部分相连接；所述第三金属层的第三部分一端与所述第三金属层的第一部分相连接，另一端与所述第三金属层的第二部分相连接。

于本实用新型的一实施方式中，所述第一连接通孔、所述第二连接通孔、所述第三连接通孔的个数均为多个。

于本实用新型的一实施方式中，每个所述GOI测试单元的第一金属层之间相互电连接，每个所述GOI测试单元的第二金属层之间相互电连接，每个所述GOI测试单元的第三金属层之间相互电连接。

于本实用新型的一实施方式中，还包括：衬底端子，与所述第一金属层连接；栅极端子，与所述第二金属层连接；以及源极漏极端子，与所述第三金属层连接。

于本实用新型的一实施方式中，所述衬底为N型衬底或者P型衬底。

如上所述，本实用新型的3D双栅极GOI测试结构，具有以下有益效果：

1、采用双栅极结构，每个GOI测试单元相当于传统的两个GOI测试单元，对于检测产品缺陷的敏感度更高，提高检测精度。

2、GOI测试结构整体采用矩阵结构，GOI测试单元之间零间距排列，每层金属层位于GOI测试单元的表面或横跨其上方，金属层不占用多余的空间，减少GOI测试结构的总面积，进而提高有效的测试结构面积。

附图说明

图1为现有技术中GOI测试单元的结构示意图。

图2为现有技术中GOI测试结构示意图

图3为本实用新型3D双栅极GOI测试结构中GOI测试单元的结构示意图。

图4为图3中沿AA’线的剖视图。

图5为本实用新型3D双栅极GOI测试结构中第一金属层的布局示意图。

图6为图5中M处的侧视图。

图7为本实用新型3D双栅极GOI测试结构中第二金属层的布局示意图。

图8为图7中N处的侧视图。

图9为本实用新型3D双栅极GOI测试结构中第三金属层的布局示意图。

图10为图9中P处的侧视图。

元件标号说明

11’ 第一有源区

12’ 第二有源区

2’ 金属互连线

3’ 条状栅极结构

11 第一有源区

12 第二有源区

21 第一金属层

211 第一部分

212 第二部分

213 第三部分

22 第二金属层

221 第一部分

222 第二部分

223 第三部分

23 第三金属层

231 第一部分

232 第二部分

233 第三部分

31 第一连接通孔

32 第二连接通孔

33 第三连接通孔

4 浅沟槽隔离区

5 条状栅极结构

51 栅氧化层

52 多晶硅层

6 源极区

7 漏极区

8 衬底端子

9 栅极端子

10 源极漏极端子

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图3至图10。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

本实用新型提供一种3D双栅极GOI测试结构，包括多个阵列分布的且相互电连接的GOI测试单元，请参阅图3-图4，每个所述GOI测试单元包括：衬底(未示出)；第一有源区11，位于所述衬底表面；浅沟槽隔离区4，位于所述衬底内，且位于所述第一有源区11外围；第二有源区12，位于所述浅沟槽隔离区4外围；条状栅极结构5，所述条状栅极结构5包括栅氧化层51及多晶硅层52，所述栅氧化层51位于所述第一有源区11表面，且两端延伸至所述浅沟槽隔离区4，所述多晶硅层52覆盖于所述栅氧化层51表面；源极区6，位于所述条状栅极结构5一侧的所述第一有源区11内；漏极区7，位于所述条状栅极结构5另一侧的所述第一有源区11内，。

在这里，所述条状栅极结构5的两端延伸至所述浅沟槽隔离区4，即采用双栅极结构，每个GOI测试单元相当于传统的两个GOI测试单元，对于检测产品缺陷的敏感度更高，从而可以提高检测精度。

图5-图10显示为本实用新型3D双栅极GOI测试结构中第一金属层21、第二金属层22和第三金属层23的布局示意图，所述第一金属层21位于所述第二有源区12上方，且通过第一连接通孔31与所述第二有源区12相连接；第二金属层22，位于所述第一金属层21及所述条状栅极结构5上方，且通过第二连接通孔32与所述条状栅极结构5及所述第一金属层21相连接；第三金属层23，位于所述第二金属层22、所述源极区6及所述漏极区7上方，且通过第三连接通孔33与所述第二金属层22、所述源极区6及所述漏极区7相连接。

作为示例，所述条状栅极结构5的两端与所述第二有源区12相隔一定间距。

请参阅图5，作为示例，所述第一金属层21包括第一部分211、第二部分212和第三部分213，且所述第一金属层的第一部分211、所述第一金属层的第二部分212及所述第一金属层的第三部分213互不相连；所述第一金属层21的第一部分211与所述第二有源区12上下对应设置且通过所述第一连接通孔31相连接；所述第一金属层21的第二部分212位于所述条状栅极结构5两端的上方，且通过所述第一连接通孔31与所述条状栅极结构5连接；所述第一金属层21的第三部分213位于所述源极区6及所述漏极区7的上方，且通过所述第一连接通孔31与所述源极区6及所述漏极区7相连接。

图6为图5中M处的侧视图，所述第二有源区12与所述第一连接通孔31相连接，第二连接通孔32与所述第一金属层21的第一部分211相连接。

请具体参阅图7，作为示例，所述第二金属层22包括第一部分221、第二部分222及第三部分223；所述第二金属层22的第一部分221与所述第一金属层21第一部分211上下对应设置；所述第二金属层22的第二部分222位于所述第一金属层21的第二部分212的上方，所述第二金属层22的第二部分222与所述第二金属层22的第一部分221相连接，且所述第二金属层22的第二部分222通过所述第二连接通孔32与所述第一金属层21的第二部分212相连接；所述第二金属层22的第三部分223与所述第一金属层21的第三部分213上下对应设置，并通过所述第二连接通孔32相连接，且所述第二金属层22的第三部分223不与所述第二金属层22的第一部分221及所述第二金属层22的第二部分222相连接。

图8为图7中N处的侧视图，所述条状栅极结构5与所述第一连接通孔31连接，所述第一连接通孔31与所述第一金属层21的第二部分212连接，所述第一金属层21的第二部分212与所述第二连接通孔32连接，所述第二连接通孔32与所述第二金属层22的第二部分222连接。

请具体参阅图9，作为示例，所述第三金属层23包括第一部分231、第二部分232及第三部分233；所述第三金属层23的第一部分231位于所述第二金属层22的第一部分221上方；所述第三金属层23的第二部分232位于所述第二金属层22的第三部分223上方，并通过所述第三连接通孔33与所述第二金属层22的第三部分223相连接；所述第三金属层23的第三部分233一端与所述第三金属层23的第一部分231相连接，另一端与所述第三金属层23的第二部分232相连接。

图10为图9中P处的侧视图，所述源极区6/漏极区7(或者说是第一有源区11)通过所述第一连接通孔31与所述第一金属层21的第三部分213连接，所述第一金属层21的第三部分213连接与所述第二连接通孔32相连接，所述第二连接通孔32与所述第二金属层22的第三部分223相连接，所述第二金属层22的第三部分223与所述第三连接通孔33相连接，所述第三连接通孔33与所述第三金属层23的第二部分232相连接。

作为示例，所述第一连接通孔31、所述第二连接通孔32、所述第三连接通孔33的个数均为多个。

需要指出的是，所述第一连接通孔31、所述第二连接通孔32、所述第三连接通孔33并不是一般意义上的通孔，而是在通孔中填了可以导电的金属物质，一般情况下，我们将金属层与金属层间的连接通孔称作Via(通孔)，将金属层与非金属层间的连接通孔称作contact(接触孔)

作为示例，每个所述GOI测试单元的第一金属层21之间相互电连接，每个所述GOI测试单元的第二金属层22之间相互电连接，每个所述GOI测试单元的第三金属层23之间相互电连接。

作为示例，所述3D双栅极GOI测试结构还包括：衬底端子8，与所述第一金属层21连接；栅极端子9，与所述第二金属层22连接；以及源极漏极端子10，与所述第三金属层23连接。所述衬底端子8、所述栅极端子9和所述源极漏极端子10即为测试焊盘，用于GOI测试时加电压。

作为示例，该3D双栅极GOI测试结构的所述衬底为N型衬底或者P型衬底。

综上所述，本实用新型的3D双栅极GOI测试结构采用双栅极结构，每个GOI测试单元相当于传统的两个GOI测试单元，对于检测产品缺陷的敏感度更高，提高了检测精度；GOI测试结构整体采用矩阵结构，GOI测试单元之间零间距排列，每层金属层位于GOI测试单元的表面或横跨其上方，金属层不占用多余的空间，减少GOI测试结构的总面积，进而提高有效的测试结构面积。

本实用新型的3D双栅极GOI测试结构适用于在40纳米低泄漏产品中设，但不仅限于此。根据测试发现，该测试结构的斜坡电压测试结果与晶圆的良率测试图是一致的。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。